[转帖]主旋翼、尾旋翼及平衡翼

夜夜秋雨

前言
直昇機具有三種翼片，即主旋翼、尾旋翼及平衡翼。翼片的材質、翼型、重量及重心位置，都將影響直昇機的性能及表現。主旋翼的轉速在1,400rpm以上，尾旋翼更高達9,000rpm以上。研究旋轉的翼片就不免牽涉到物理學上的轉動慣量及流體力學，本篇文章並不打算就學理方面做深入的探討，但若您已有物理學的基本概念，將可輕鬆地了解各項因素對翼片的影響。

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主旋翼
直昇機的主旋翼就宛如飛機的主翼，都是用來產生上昇的浮力。影響主旋翼浮力的主要因素有螺距(攻角)、轉速、翼面積及翼型。
螺距
螺距就是主旋翼翼弦線與垂直於主軸的假想線所成的夾角。若主旋翼轉速固定，螺距愈大則浮力愈大。但過大的螺距會使流經翼片表面的氣流產生剝離作用，浮力反而變小，所以主旋翼的最大螺距一般都限制在15°以內。
  
轉速
若主旋翼螺距固定，轉速愈快則單位時間內流經翼片的空氣量愈多，所以浮力愈大。

翼面積
若主旋翼螺距及轉速固定，翼面積愈大則浮力愈大。30級直昇機的主旋翼長度為530~550㎜，46級為580~600㎜，60級為660~680㎜。Kyosho的各級直昇機，其主旋翼長度比其它廠牌的直昇機短，購買時須特別注意。

翼型
根據白努利定律，流體的壓力與速度平方成反比，所以通過物體表面的氣流速度愈快，則氣壓愈小。
全對稱翼型
全對稱翼型的主旋翼，因翼片上方及下方的曲度完全相同，所以流經翼片上方及下方的氣流速度相同，氣壓也相同，無法因翼型而獲得額外的浮力，故浮力較差。因正飛及倒飛時主旋翼的浮力表現一致，所以適合3D飛行使用。
  
半對稱翼型
半對稱翼型的主旋翼，因翼片上方的曲度較下方大，所以單位時間內流經翼片上方氣流的距離較長，氣流速速較大，故翼片上方的氣壓會比下方低，可以獲得額外的浮力。因正飛時主旋翼的浮力表現比倒飛佳，所以適合F3C飛行使用，但比較不適用於3D飛行。
  
S翼型
S翼型的主旋翼算是一種特殊的翼型，翼片的中心線呈S型，聽說特別適用於熄火降落。  
主旋翼的材質

木質主旋翼
木質主旋翼因為價格便宜，是最多人使用的主旋翼。其結構可分為二片或多片式，意即由數種不同材質的木材接合而成，翼端前緣加上鉛條配重，表面再被覆一層熱縮膠膜。木材因強度較弱易彎曲變形，所以木質主旋翼的螺距準確度較差，除了價格便宜外便無其它的優點。
選購木質主旋翼時先從外表上觀察，熱縮膠膜要光滑平整，不能有顆粒、皺摺或破損。熱縮膠膜的作用是保護翼片不被燃油侵蝕，某些品牌的木質主旋翼，其翼根部份並無被覆熱縮膠膜，請塗上一層瞬間膠或AB膠以保護木質部。主旋翼片要比直，不能彎曲變形，否則螺距就不準了。木材的質地要堅硬，有些品牌的多片式主旋翼，其材質只有前緣較硬，愈接近後緣則質地愈軟，甚至最後緣是使用巴爾沙木，其質地實在太軟了，飛行時容易扭曲變形。
不同品牌的木質主旋翼，其品質差異相當大，千萬不要一眛地只顧著便宜，就忽略了安全性。站長就曾經見過主旋翼內的鉛條射出，以及主旋翼脫離了夾片整支射出，實在是太危險了。說到這裏小弟不禁要很生氣的指出，許多飛友就只知道便宜！便宜！便宜！，完全忘了玩直昇機最重要的事情就是注意安全。不要很鐵齒的說自己玩了好幾年都沒發生過事情，一輩子只要碰到一次就吃不完兜著走，萬一射中了別人的頭部或眼睛，後悔就來不及了。為了避免飛行時主旋翼可能有射出的危險，請如右圖所示，將塑膠夾片下的熱縮膠膜用刀片小心地割除，避免傷及木質部，再使用30分鐘的AB膠將夾片直接與木質部粘合，鎖緊螺絲。
時常檢查主旋翼有無破損、裂痕，尤其是摔機或重落地後，更應仔細地檢查，最好能予以更換。木質主旋翼經碰撞後，有可能熱縮膠膜依舊完好，但內部的木材已有裂痕。
  
玻璃纖維主旋翼
玻璃纖維主旋翼具有翼型準確、表面光滑、材質堅固、慣性佳及浮力佳的優點。把木質主旋翼換成玻璃纖維主旋翼後，將可大大地提升直昇機的性能，無論是穩定性、加速性、準確度及速度，木質主旋翼根本無法相提並論，保證用過以後讚不絕口。站長用過玻璃纖維主旋翼後就再也不用木質主旋翼了，因為差異實在太大了。站長所認識的許多飛友，也是用過一次以後就紛紛"棄木保纖"，直昇機套件附的木質主旋翼，想送人都還沒有人要。價格昂貴是最大的缺點，動輒數仟元，甚有上萬元者，但衡量其優異的性能及安全性，花這個錢絕對值得。

碳纖維主旋翼
碳纖維主旋翼除了具有玻璃纖維主旋翼的各項優點外，還具備剛性強的優點，比玻璃纖維主旋翼更不容易扭曲變形。選擇纖維主旋翼時，宜挑選重心較靠近翼端的主旋翼，因其慣性矩較佳，更能使主旋翼保持穩定的轉速。
主旋翼的配重
直昇機的主旋翼轉速極快，因此兩支主旋翼若重量或重心稍有不均，便會產生抖動的現象，尤其轉速愈快愈容易產生振動。主旋翼的配重可分為動平衡及靜平衡。
動平衡
動平衡的意思是主旋翼的重心位置須一致。因為重心的位置即為質量中心，因此即使兩支主旋翼的重量完全相同，但重心位置不同，則旋轉時依舊會產生不平衡的現象。測量重心位置最簡單的方法，便是將一支圓棒(例如主軸)置於桌面上，再將主旋翼放置於圓棒上，慢慢地滾動圓棒，直到主旋翼在圓棒上達到平衡，此時圓棒的中心線位置，即為主旋翼的重心位置，用筆在主旋翼的重心位置上做個記號。

　

分別測量出兩支主旋翼的重心位置後，比較兩支主旋翼的重心位置，挑出重心較靠近翼根的主旋翼，將膠帶貼在翼端部份，使重心能往翼端方向移動，持續地增加膠帶的數量，直到兩支主旋翼的重心位置相同。調好重心位置後，兩支主旋翼的重量可能不同，必須再經由靜平衡的方式配重。
　


靜平衡
靜平衡的意思是主旋翼的重量須相同。測量主旋翼的重量時，您可以使用主旋翼專用的平衡器，或如下圖所示，將兩支主旋翼用螺絲固定，用姆指及食指捏住螺絲，將主旋翼撐起。選擇重量較輕的主旋翼，在其重心位置上貼膠帶，直到兩支主旋翼的重量達成平衡。

為主旋翼貼膠帶配重時，需注意膠帶的兩端必須朝向主旋翼片後緣，因為主旋翼的轉速極快，翼端時速高達300公里以上。若膠帶的端點朝向主旋翼片前緣，將很容易被強風吹落。  
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尾旋翼
尾旋翼的功用是抵消主旋翼所產生的扭力。為求方向舵打左右舵時的變化量一致，因此尾旋翼的翼型皆為全對稱翼型。選擇尾旋翼時請注意翼片要筆直，且材質須不易扭曲變形。容易變形的尾旋翼片其螺距不精準，將導致尾舵不易控制。尾旋翼因為重量輕且旋轉半徑小，即使重量及重心位置略有不同，也不致於產生明顯的振動，因此一般說來尾旋翼並不須配重。
依據直昇機級數的不同，尾旋翼片的長度也不相同。尾旋翼片的長度與陀螺儀的性能有著密切的關係，若尾旋翼片的面積太小，則產生的作用力不足，即使增加陀螺儀的感度，也無法穩定地控制尾舵。若尾旋翼片的面積太大，則產生的作用力過大，很容易產生追蹤現象，導致必須降低陀螺儀的感度，也就等於降低陀螺儀的性能。
依材質來區分，尾旋翼有以下二種：
樹脂尾旋翼
樹脂的優點是質輕、價格便宜，缺點則是剛性略嫌不足。某些品牌的樹脂尾旋翼材質特別柔軟，用手輕輕一扭便很容易彎曲變形，千萬不要購買此類型的尾旋翼。

碳纖維尾旋翼
碳纖維具有質輕、剛性強的優點，使得尾舵的控制更為精確；缺點則是價格昂貴。
  
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平衡翼
平衡翼的功用是為了增加主旋翼螺距的變化量，只有模型直昇機才有平衡翼的構造。因為只藉由改變十字盤的傾斜角度，並不足以使主旋翼螺距有足夠的變化量，無法執行3D花式飛行。必須由平衡翼桿帶動主旋翼，才可獲得較大的螺距變化，因此平衡翼片的重量及面積，主控著直昇機副翼及升降舵的靈敏度。若覺得直昇機的動作不夠敏捷，只要更換重量較輕或面積較大的平衡翼片，便可大大地提升動作的靈敏度。反之，若初學者覺得直昇機難以操控，可以添購重錘裝在平衡翼桿的兩端，相當於增加平衡翼片的重量，便可增加直昇機的穩定度。
平衡翼桿可以不裝平衡翼片，但不能空無一物，至少需裝上重錘。因為主旋翼螺距與平衡翼桿有連動關係，若平衡翼桿兩端沒有安裝重錘，則無法形成一穩定的旋轉平面，將導致主旋翼螺距產生胡亂變化，保證飛出去後就飛不回來了。
安裝平衡翼片時請注意，平衡翼片的角度須與十字盤平行。有一個很簡便的安裝方法，在十字盤上放置一支平衡翼桿當成參考點，將平衡翼片專用的測量器夾在平衡翼片上，調整平衡翼片的角度，直到測量器的下緣與十字盤上的平衡翼桿成平行時，即是正確的平衡翼片角度。
依材質來區分，平衡翼有以下二種：
樹脂平衡翼
樹脂平衡翼具有價格便宜的優點。因為是一體成形，只能生產不同重量的平衡翼片，難以就翼片本身的重心位置加以調整，因此操控性較差。

碳纖維平衡翼
碳纖維平衡翼具有質輕、剛性強的優點，並且重量集中於翼片前緣，操控性佳。缺點則是價格昂貴。